自动控制原理(胥布工)第二版 (2)

第1章习题答案1-1 解：自动控制系统：被控对象和控制装置的总体；被控对象：要求实现自动控制的机器、设备和生产过程；扰动：除给定值之外，引起被控制量变化的各种外界因素；给定值：作用于控制系统输入端，并作为控制依据的物理量；反馈：将输出量直接或间接的送到输入端，并与之相比较，使系统按其差值进行调节，使偏差减小或消除。

1-2 解：开环控制有洗衣机的洗衣过程，闭环控制有抽水马桶的蓄水控制、电冰箱制冷系统等。

1-3 解：1-4 解：a与d相连，b与c相连即可；系统原理框图如下所示：1-5 解：系统原理框图如下所示：1-6 解：对控制系统的基本要求是稳定性、准确性和快速性：稳定性是系统正常工作的前提条件；准确性反映控制系统的控制精度，要求过渡过程结束后，系统的稳态误差越小越好；快速性是要求系统的响应速度快，过渡过程时间短，超调量小。

1-7 解：该系统的任务是使工作机械（被控对象）的转角θc（被控量）自动跟踪手柄给定角度θr（给定量）的变化。

该系统的工作原理是：检测电位计与给定电位计的电气特性相同，工作机械的转角θc经检测电位计转换成电压u c，手柄给定角度θr经给定电位计转换成给定电压u r，u c与u r接入放大器前端的电桥。

当工作机械转角θc没有跟踪手柄给定角度θr时，u c与u r两者不相等而产生偏差Δu=u r-u c，Δu经过放大器放大，使电动机转动，通过减速器使得负载产生减小偏差的转动。

当检测电位计检测并转换的u c与u r相等，此时Δu=u r-u c=0,电动机不转，工作机械停在当前位置。

其原理框图如下图所示。

1-8 解：谷物湿度控制系统原理框图如下。

该系统的被控量是谷物湿度，给定量是希望的谷物湿度。

谷物加湿后的实时湿度经湿度检测后送到调节器，若与希望的湿度产生偏差，则通过调节器控制给水阀门的开大或关小，以减小两者的偏差。

谷物在入口端的湿度由前馈通道输入到调节器。

这样若入口处谷物湿度较大，则会使得偏差减小，从而减小阀门的开度；若谷物干燥，会增大偏差，从而加大阀门的开度。

第6章习题及详解6-1 试求图6-93所示电路得频率特性表达式,并指出哪些电路得低频段增益大于高频段增益。

(a) (b)(c) (d)图6-93 习题6-1图解:(a) ;(b);(c) ;(d) ;(a)与(c)低频段增益小于高频段增益;(b)与(d)低频段增益大于高频段增益。

6-2 若系统单位脉冲响应为,试确定系统得频率特性。

解:,故6-3 已知单位反馈系统得开环传递函数为试根据式(6-11)频率特性得定义求闭环系统在输入信号作用下得稳态输出。

解:先求得闭环传递函数。

(1),,。

(2),,。

故。

6-4 某对象传递函数为试求:(1)该对象在输入作用下输出得表达式,并指出哪部分就是瞬态分量;(2)分析与增大对瞬态分量与稳态分量得影响;(3)很多化工过程对象得与都很大,通过实验方法测定对象得频率特性需要很长时间,试解释其原因。

解: (1)前一项为瞬态分量,后一项为稳态分量。

(2)与增大,瞬态分量收敛更慢;稳态分量幅值减小,且相位滞后更明显。

(3)因为瞬态分量收敛太慢。

6-5 某系统得开环传递函数为试描点绘制:(1)奈奎斯特曲线;(2)伯德图;(3)尼科尔斯图。

解:各图如习题6-5图解所示。

Nichols ChartOpen-Loop P hase (deg)O p e n -L o o p G a i n (d B )习题6-5图解6-6 给定反馈系统得开环传递函数如下, (a ); (b ); (c ); (d );(e )。

(1) 试分别绘出其开环频率特性得奈奎斯特草图,并与借助Matlab 绘制得精确奈奎斯特曲线进行比较。

(2) 试根据草图判断各系统得稳定性。

解:(1)精确曲线如习题6-6图解所示。

习题6-6图解(2)(a)临界稳定(闭环系统有一对共轭虚根),其余系统稳定。

6-7 给定反馈系统得开环传递函数如下, (a );(b ) ;(c );(d );(1) 试绘出各系统得开环对数幅频渐近特性,并根据所得得渐近特性估算截止频率与相位裕度。

第二章 过程装备控制基础本章内容：简单过程控制系统的设计复杂控制系统的结构、特点及应用。

第一节 被控对象的特性一、被控对象的数学描述（一） 单容液位对象1．有自衡特性的单容对象2．无自衡特性的单容对象（二） 双容液位对象1．典型结构：双容水槽如图2-5所示。

图2-5 双容液位对象 图2-6 二阶对象特性曲线2．平衡关系：水槽1的动态平衡关系为：3．二阶被控对象：1222122221)(Q K h dt dh T T dth d T T ⨯=+++式（2-18）就是描述图2-5所示双容水槽被控对象的二阶微分方程式。

称二阶被控对象。

二、被控对象的特性参数（一）放大系数K（又称静态增益）（二）时间常数T（三）滞后时间τ（1）．传递滞后τ0（或纯滞后）：（2）．容量滞后τc可知τ=τ0+τc。

三、对象特性的实验测定对象特性的求取方法通常有两种：1．数学方法2．实验测定法（一）响应曲线法：（二）脉冲响应法第二节单回路控制系统定义：（又称简单控制系统），是指由一个被控对象、一个检测元件及变送器、一个调节器和一个执行器所构成的闭合系统。

一、单回路控制系统的设计设计步骤：1．了解被控对象2．了解被控对象的动静态特性及工艺过程、设备等3．确定控制方案4．整定调节器的参数（一）被控变量的选择（二）操纵变量的选择（三）检测变送环节的影响（四）执行器的影响二、调节器的调节规律1．概念调节器的输出信号随输入信号变化的规律。

2．类型位式、比例、积分、微分。

（一）位式调节规律1．双位调节2．具有中间区的双位调节3．其他 三位或更多位的调节。

（二）比例调节规律（P ）1．比例放大倍数（K ）2．比例度δ3．比例度对过渡过程的影响（如图2-24所示）4．调节作用比例调节能较为迅速地克服干扰的影响，使系统很快地稳定下来。

通常适用于干扰少扰动幅度小、符合变化不大、滞后较小或者控制精度要求不高的场合。

（三）比例积分调节规律（PI ）1．积分调节规律（I ）（1）概念：调节器输出信号的变化量与输入偏差的积分成正比⎰⎰==∆t I t I dt t e T dt t e K t u 00)(1)()(式中：K I 为积分速度，T I 为积分时间。

⾃动控制原理部分习题参考答案胥布⼯《⾃动控制原理》部分习题参考答案第1章1-4 有差系统。

1-5 接线端1接地，2与4相连，3接地，5不需连接。

1-8 （1）略；（2）⽆差系统。

第2章2-1 (a) 1)(1)()()()(G 222111221212211221210+++++++==s C R C R C R s C C R R s C R C R s C C R R s U s U s i (b) 212211 2120111)()()(G C C s C LC C Lss C s C s C s U s U s i ++=++== (c) s C R s C R C R C R s C C R R s U s U s i 111323122213201)()()()(G ++++-== （d ）sC R s C R C R s C C R s U s U s i 2121112212101)()()()(G +++-== 2-2 （a ）1)(1)()()()(12221122121221122121+++++++==s k f k f k f s k k f f s k fk f s k k f f s Y s Y s G i o （b ）k s f f Ms s F s Y s G o +++==)(1)()()(212 2-3 )()()()()()(1221222122N N l s l s J J l ls M s s G =+++==ββθ2-4 )1)(1()()()(G 221122++==s C R s C R R s Q s H s i ，其中，1R 和2R 分别为在各⾃⼯作点的参数（液阻）。

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